RU2276283C2

RU2276283C2 - Wind rotor with bucket folding blades

Info

Publication number: RU2276283C2
Application number: RU2001132870/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Морозов (RU); Владимир Александрович Морозов; Николай Николаевич Лебедев (RU); Николай Николаевич Лебедев
Original assignee: Владимир Александрович Морозов; Николай Николаевич Лебедев
Priority date: 2001-12-05
Filing date: 2001-12-05
Publication date: 2006-05-10

Abstract

FIELD: wind power engineering.

SUBSTANCE: proposed bucket wind rotor has vertical shaft and horizontal spokes with three-dimensional bucket blades symmetrical in pairs relative to shaft and secured on shaft. Envelopes of bucket blades consist of flaps spring-loaded for closing and which are expanded at critical gusts of wind by disk pf pushing piston sliding along rod fastened square to spoke and coinciding with direction of its axis to pass wind flow through bucket blade.

EFFECT: increased efficiency of utilization of wind energy at ultralow and high velocity of wind flow.

Description

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для устойчивой работы в ветродвигателях при низких, так и высоких скоростях ветровых потоков.The invention relates to wind energy and can be used for stable operation in wind turbines at low and high speeds of wind flows.

Известно устройство для использования энергии ветрового потока, содержащее карусельный ветроротор, содержащий вертикальный вал и горизонтально установленные на нем две пары поворотных лопастей (см. A.с. SU 1008482). При появлении ветра любого направления одна лопасть поворачивается плоскостью к ветру и производит работу, ее противоположная плоскость повернута на 90° торцом к ветру, при дальнейшем обороте в горизонтальной плоскости лопасти другой пары поворачиваются соответствующим образом. Лопасти могут быть обтянуты парусной тканью, что снизит их массу.A device for using wind flow energy is known, comprising a rotary wind rotor, comprising a vertical shaft and two pairs of rotary blades horizontally mounted on it (see A.c.SU 1008482). When a wind of any direction appears, one blade rotates plane to the wind and does the work, its opposite plane is turned 90 ° end to the wind, with further rotation in the horizontal plane the blades of the other pair rotate accordingly. The blades can be covered with sailing fabric, which will reduce their weight.

Вращаясь вокруг вертикальной оси, ветроротор производит работу.Rotating around a vertical axis, the wind rotor produces work.

Недостатком является то, что при этом нет изменения площади поверхности лопастей в зависимости от минимального до максимального напора ветра.The disadvantage is that there is no change in the surface area of the blades depending on the minimum to maximum wind pressure.

В качестве прототипа выбрано устройство, в котором воздушный поток взаимодействует с куполом парашюта, раскрывает его, вызывая вращение взаимно перпендикулярных траверсов в горизонтальной плоскости, вращающих вертикальный вал (см. А.с. SU 1809160 А1, от 09.01.91).As a prototype, a device was selected in which the air flow interacts with the canopy of the parachute, opens it, causing the rotation of mutually perpendicular traverses in the horizontal plane, rotating the vertical shaft (see A.S. SU 1809160 A1, from 09.01.91).

Ветродвигатель работает от ветра любого направления. Воздушный поток, взаимодействуя с куполом парашюта, раскрывает его вдоль центральной штанги, соединяющей траверс и купол парашюта. Купол наполняется воздухом, расширяется и производит работу, вращая вал, к которому прикреплен другой конец траверса. При движении купола парашюта навстречу ветру купол сжимается вдоль штанги, снижая аэродинамическое сопротивление.The wind turbine is powered by wind of any direction. The airflow, interacting with the canopy of the parachute, opens it along the central rod connecting the traverse and the canopy of the parachute. The dome is filled with air, expands and does the work by rotating the shaft to which the other end of the crosshead is attached. When the canopy moves toward the wind, the canopy is compressed along the bar, reducing aerodynamic drag.

При скоростях ветра, превышающих предельно допустимую, площадь Миделя куполов уменьшается за счет перемещения регулировочной втулки вдоль штанги купола.At wind speeds exceeding the maximum permissible, the Midel area of the domes decreases due to the movement of the adjusting sleeve along the dome rod.

Недостатки этого устройства следующие:The disadvantages of this device are as follows:

1. Ветроротор работает только при высоких скоростях ветра, раздувающих ткань парашютов. Известно, что в большинстве регионах больший период времени года ветры дуют умеренной силы без резких порывов и с малой их амплитудой. Это обуславливает бездействие указанного устройства значительное время.1. The wind rotor works only at high wind speeds, inflating the fabric of parachutes. It is known that in most regions, for a longer period of the year, winds blow of moderate strength without sharp gusts and with a small amplitude. This leads to inactivity of the specified device for a considerable time.

Это есть существенный недостаток устройства.This is a significant drawback of the device.

2. Значительная часть энергии ветра расходуется на раскрытие парашютов, при этом максимум раскрытия парашютов уже может не совпадать с максимумом порыва ветра, если он переменной интенсивности.2. A significant part of the wind energy is spent on the opening of parachutes, while the maximum opening of the parachutes may no longer coincide with the maximum gust of wind, if it is of variable intensity.

3. Низкий КПД за счет высокой турбулентности ветрового потока, создаваемой закрытым парашютом, имеющим необтекаемую форму.3. Low efficiency due to the high turbulence of the wind flow created by a closed parachute having a streamlined shape.

4. Ширина входного отверстия купола остается постоянной, что настраивает устройство на снятие ветровой энергии дозированной части, пропорциональной диаметру входа.4. The width of the inlet of the dome remains constant, which sets the device to remove the wind energy of the dosed portion proportional to the diameter of the inlet.

5. Резкие порывы ветра переменной интенсивности и направления могут схлоповать парашюты, создавая ударную вибрацию вертикального вала, выводя из строя узлы передачи его вращения к электрогенератору или другому механическому потребителю.5. Sharp gusts of wind of variable intensity and direction can collapse parachutes, creating shock vibration of the vertical shaft, disabling the transmission units of its rotation to the electric generator or other mechanical consumer.

6. Устройство имеет сложную систему регулировки предельно допустимого потока ветра.6. The device has a sophisticated system for adjusting the maximum permissible wind flow.

Указанные недостатки приводят к неэффективному использованию устройства.These disadvantages lead to inefficient use of the device.

Технический результат заключается в повышении эффективности использования энергии при сверхмалых и больших скоростях ветрового потока и при изменениях его азимута и обеспечивается за счет того, что в ковшовом ветророторе, содержащем вертикальный вал и закрепленные на валу горизонтальные спицы с объемными парно-симметричными относительно вала ковшовыми лопастями, согласно изобретению оболочки ковшовых лопастей состоят из створок, которые подпружинены на смыкание и раздвигаются при критических порывах ветра диском толкающего поршня, скользящего по штанге, прикрепленной перпендикулярно к спице и совпадающей с направлением ее оси, пропуская насквозь через ковшовую лопасть поток ветра.The technical result consists in increasing the efficiency of energy use at ultra-low and high speeds of the wind flow and with changes in its azimuth and is provided due to the fact that in the bucket wind rotor containing a vertical shaft and horizontal spokes mounted on the shaft with volume pair-symmetric bucket blades symmetrical with respect to the shaft, According to the invention, the shells of the bucket blades consist of flaps that are spring-loaded to close and move apart during critical gusts of wind by a pushing piston disk sliding on a rod attached perpendicular to the spoke and coinciding with the direction of its axis, passing through the bucket blade a stream of wind.

Вертикальный вал передает механическое вращение потребителям, например, электрогенератору через насаженное на него маховое колесо большего диаметра, чем диаметр вала, или с вала.A vertical shaft transmits mechanical rotation to consumers, for example, to an electric generator through a flywheel of a larger diameter mounted on it than the diameter of the shaft, or from the shaft.

Минимальное число пар - одна.The minimum number of pairs is one.

Края входа ковшовой лопасти крепятся к одному концу спицы с помощью обода, проходящего по ее диаметру. Другой конец спицы горизонтально крепится к вертикальному валу.The edges of the inlet of the bucket blade are attached to one end of the spoke using a rim extending along its diameter. The other end of the spoke is horizontally attached to the vertical shaft.

Створки лопасти шарнирно прикреплены к ободу одним концом и сжаты в целостную оболочку с помощью пружин с противоположного конца.The blade flaps are pivotally attached to the rim at one end and compressed into an integral shell using springs from the opposite end.

При слабых порывах ветра толкающий диск не воздействует на створки ковшовой плоскости, при сильных потоках воздуха толкач продвигается по штанге вглубь лопасти и раздвигает створки лопасти. При этом образуется сквозной проход ветра без передачи кинетической энергии ковшовой лопасти. Последнее приводит к автоматическому регулированию снятия заданной энергии ветропотока, а также и скорости вращения ротора и предупреждению поломки ротора от силовых воздействий критических порывов ветра.In case of weak gusts of wind, the pushing disc does not act on the flaps of the bucket plane, with strong air currents, the pusher moves along the bar deeper into the blades and pushes the flaps of the blade. In this case, a through passage of wind is formed without transferring the kinetic energy of the bucket blade. The latter leads to automatic regulation of the removal of a given energy of the wind flow, as well as the rotor speed and the prevention of rotor breakage from the impact of critical wind gusts.

Раскрывающаяся оболочка ковшовой лопасти и механизм ее раскрытия является существенной отличительной особенностью предлагаемого устройства.The opening shell of the bucket blade and the mechanism of its disclosure is a significant distinguishing feature of the proposed device.

Поверхность диска толкающего подвижного элемента лопасти рассчитана на критический ветропоток.The surface of the disk of the pushing movable element of the blade is designed for a critical wind flow.

Лопасть выполняется из твердого материала, например пластика или алюминия или из проволочного каркаса, обтянутого тканью или эластичной пленкой. Последнее значительно снижает ее материалоемкость и вес.The blade is made of a solid material, for example plastic or aluminum, or of a wire frame covered with fabric or elastic film. The latter significantly reduces its material consumption and weight.

Отверстие ковшовой лопасти обращено навстречу ветровому потоку и воспринимает его энергию, заставляя вращаться вертикальный вал, а противоположная лопасть обтекаемой частью менее подвержена воздействию ветропотока. Последнее обстоятельство обуславливает вращение вертикального вала в одну сторону при изменениях направления ветропотока.The hole of the bucket blade is facing the wind stream and takes its energy, forcing the vertical shaft to rotate, and the opposite blade streamlined part is less susceptible to wind flow. The latter circumstance causes the rotation of the vertical shaft in one direction with changes in the direction of the wind flow.

Заявителем не обнаружено технических решений, обладающих признаками, сходными с отличительными признаками предложенного решения, на основании чего можно считать, что последнее обладает существенными отличиями.The applicant has not found technical solutions that have features similar to the distinguishing features of the proposed solution, on the basis of which it can be considered that the latter has significant differences.

На чертеже изображен общий вид предлагаемого устройства.The drawing shows a General view of the proposed device.

Устройство содержит ковшовые лопасти 1 с ободами 2, створки 3, оболочки 4, горизонтальные спицы 5, вертикальный вал 6, одним концом к которому крепятся спицы 5, штангу 7, внутри обода 2 лопасти 1 толкающий поршень 8 и пружины 9.The device contains bucket blades 1 with rims 2, sash 3, shell 4, horizontal spokes 5, vertical shaft 6, with one end to which spokes 5, a rod 7 are attached, inside the rim 2 of the blade 1 is a pushing piston 8 and a spring 9.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Поток ветра входит в отверстие лопасти, площадь которой рассчитана, например, на минимальный поток ветра 1 м/с, и передает ей кинетическую энергию. Лопасть проворачивается в горизонтальной плоскости, передавая вертикальному валу механическое вращение.The wind flow enters the hole of the blade, the area of which is designed, for example, for a minimum wind flow of 1 m / s, and transfers kinetic energy to it. The blade rotates in the horizontal plane, transmitting mechanical rotation to the vertical shaft.

Сильные порывы ветра, например 10 м/с, толкают поршень, находящийся внутри лопасти, поршень краями диска раздвигает створки оболочки и пропускает насквозь поток ветра, не отдающего свою энергию лопасти.Strong gusts of wind, for example 10 m / s, push the piston inside the blade, the piston extends the shell flaps with the edges of the disk and lets through the wind stream that does not give off its energy to the blade.

Изменение азимута ветропотока не влияет на работу ротора.Changing the azimuth of the wind flow does not affect the operation of the rotor.

Достоинство предлагаемого устройства по сравнению с прототипом состоит в следующем.The advantage of the proposed device in comparison with the prototype is as follows.

1. Ветроротор имеет сменный комплект ковшовых лопастей различной окружности входного отверстия, рассчитанных на скорости ветра от 0,5 до 12 и более метров в секунду.1. The wind rotor has a removable set of bucket blades of various circumferences of the inlet, designed for wind speeds from 0.5 to 12 or more meters per second.

2. Устройство работает при малых, что существенно, скоростях ветрового потока за счет применения лопастей большого диаметра, а также при разнообразных режимах потока ветра: слабом, ураганном, с умеренными порывами и без порывов, сохраняя заданную мощность ротора.2. The device operates at low, which is essential, wind flow speeds due to the use of large diameter blades, as well as at various wind flow modes: weak, hurricane, with moderate gusts and without gusts, while maintaining a given rotor power.

3. Оболочка лопасти может быть металлической, пластиковой, пленочной.3. The shell of the blade can be metal, plastic, film.

4. Лопасти могут разниться величиной окружности от малой до значительной, закрепляться на спице ротора согласно техническому заданию и потребности снятия энергии ветропотока.4. The blades can vary in size from small to large, fixed on the spoke of the rotor according to the statement of work and the need to remove the energy of the wind flow.

5. Устройство в эксплуатации технически и экологически безопасно.5. The device in operation is technically and environmentally friendly.

7. Ветроротор можно поднимать на значительную высоту, в область постоянного и сильного потока ветра с помощью летательных аппаратов, например дирижаблей, воздушных змей, или устанавливать на мачтах ЛЭП, заводских трубах и т.п.7. The wind rotor can be raised to a considerable height, in the area of constant and strong wind flow with the help of aircraft, for example airships, kites, or installed on power transmission towers, factory pipes, etc.

Claims

A bucket wind rotor containing a vertical shaft and horizontal spokes mounted on the shaft with volume pair of bucket blades symmetrically paired with respect to the shaft, characterized in that the shells of the bucket blades consist of valves that are spring-loaded to close and move apart during critical gusts of wind by a disk of a pushing piston sliding along the rod attached perpendicular to the spoke and coinciding with the direction of its axis, passing through the bucket blade a stream of wind.